Фотоника, вдохновленная биотехнологиями
Рифовая каракатица (головоногий моллюск) использует динамическую маскировку, чтобы слиться с окружающей средой.

Био-вдохновленная фотоника или био-вдохновленные оптические материалы являются применением биомимикрии (использование природных моделей, систем и элементов для человеческих инноваций [1] ) в области фотоники (наука и применение генерации, обнаружения и манипулирования светом [2] ). Это немного отличается от биофотоники , которая является изучением и манипулированием светом для наблюдения за его взаимодействием с биологией . [3] Одной из областей, из которой можно черпать вдохновение, является структурный цвет , который позволяет цвету появляться в результате детальной структуры материала. [4] Другое вдохновение можно черпать как из статического, так и динамического камуфляжа у животных, таких как хамелеон [5] или некоторые головоногие моллюски . [6] Ученые также пытались воссоздать способность поглощать свет, используя молекулы из различных растений и микроорганизмов . [7] Использование этих сильно эволюционировавших конструкций позволяет инженерам улучшать и оптимизировать существующие фотонные технологии, а также решать существующие проблемы в этой области.

История

Микроскоп, который использовал Роберт Гук для наблюдений, описанных в тексте Micrographia. Он выставлен в Национальном музее здравоохранения и медицины (Вашингтон, округ Колумбия).

Одно из самых ранних знакомств с биологической фотоникой произошло еще в VI веке до нашей эры (до нашей эры). У греческого философа Анаксимандра , которого широко считают первым ученым, был ученик по имени Анаксимен , который первым задокументировал упоминание о биолюминесценции . [8] [9] Он описал, как увидел свечение в воде, ударив по ней веслом. [10] Аналогично, Аристотель также испытал те же явления, которые он задокументировал в таких работах, как Meteorologica [11] и De Coloribus . [12] Он упоминает, что видел «вещи, которые не являются ни огнем, ни формами огня, по-видимому, производят свет по своей природе. [12] »

Хотя это произошло так рано, все еще не было объяснения, почему это происходит. Только первые микроскопы , которые использовал Роберт Гук в середине 1600-х годов, [13] позволили людям наблюдать природу более подробно. Сам Гук опубликовал то, что он видел, в тексте Micrographia в 1665 году. [14] Здесь он описывает различные биологические структуры, такие как перья красочных птиц , крылья и глаза мух и перламутровые чешуйки чешуйниц . Эта способность смотреть на микроструктуры природы дала ученым информацию о механизмах, лежащих в основе взаимодействия между биологией и светом. Теория несовершенства, опубликованная русским биофизиком Журалевым и американским биохимиком Селигером, является первой рабочей гипотезой о сверхслабом излучении фотонов биологическими системами. [15] Дальнейшие разработки в области микроскопии, такие как сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), [16] только усилили это и позволили ученым имитировать эти наблюдаемые структуры.

Кроме того, концепция биомимикрии была подстегнута многими учеными, включая Леонардо да Винчи . Он провел много времени, изучая анатомию птиц и их летные возможности. Как показывают различные наброски и заметки, которые он оставил после себя, он даже пытался создать «летающий аппарат». [17] Хотя и безуспешно, это был один из самых ранних примеров биомимикрии.

Биолюминесценция динофлагеллятов (вид морского планктона) в морской воде при волнении волнами
Рисунок Леонардо да Винчи, иллюстрирующий предполагаемую «летательную машину», имитирующую полет птиц.

Молекулярная биомиметика

Молекулярная биомиметика включает в себя разработку оптических материалов на основе определенных молекул и/или макромолекул для придания окраски. [18] Молекулярно-импринтированные полимеры (MIP) специально предназначены для обнаружения макромолекул. [19] Они также могут формировать из них определенные структуры, которые меняют цвет. [20] Были разработаны материалы на основе пигментов, нацеленные на определенное молекулярное поглощение света , например, пленки на основе меланина , полученные путем полимеризации предшественников меланина, таких как дофамин и 5,6-дигидроксииндол, для придания насыщенности цвета . [21] [22] [23] Полидофамин — это синтетический полимер со свойствами цвета, аналогичными меланину. [24] Он также может усиливать яркость и стабильность структурных цветов. [20] Материалы, основанные на многослойной укладке молекулярных кристаллов гуанина , обнаруженных в живых организмах (например, рыбах [25] и хамелеонах [26] ), были предложены в качестве потенциальных отражающих покрытий и солнечных отражателей . Оптические материалы на основе белков , например, самоорганизующиеся белки рефлектина , обнаруженные у головоногих моллюсков [27] [28] и шелка [29] , вызвали интерес к искусственным материалам для камуфляжных систем, [30] электронной бумаги (e-paper) [31] и биомедицинских приложений. [32] Небелковые биологические макромолекулы, такие как ДНК, также использовались для био-вдохновленной оптики. [33] Самый распространенный биополимер на Земле, целлюлоза , также использовался в качестве основного компонента для биооптики. [34] [18] Модификация древесины или других источников целлюлозы может смягчить рассеивание и поглощение света, что приводит к оптически интересным материалам, таким как прозрачная древесина и бумага. [35] [36] Давление и полярность растворителя влияют на цвет изготовленной целлюлозной мембраны, вплоть до обнаружения невооруженным глазом. Целлюлоза также может быть использована в качестве нанофибрилл или нанокристаллов после обработки. Одна из таких обработок включает нитрирующий агент для образования нитроцеллюлозы . [20] Нанокристаллы целлюлозы могутполяризовать свет. [37]

Биовдохновленные периодические/апериодические структуры

Структурный цвет — это тип окраски, возникающий при взаимодействии света с наноструктурами. [38] Это взаимодействие возможно, поскольку эти фотонные структуры имеют тот же размер, что и длина волны света. Благодаря механизму конструктивной и деструктивной интерференции некоторые цвета усиливаются, а другие ослабевают.

Фотонные структуры широко распространены в природе и существуют в широком спектре организмов. Различные организмы используют различные структуры, каждая из которых имеет свою морфологию, предназначенную для получения желаемого эффекта. Примерами этого являются фотонный кристалл, лежащий в основе ярких цветов павлиньих перьев [39] или древовидные структуры, отвечающие за яркий синий цвет у некоторых бабочек Morpho . [40]

Примером био-вдохновленной фотоники с использованием структур является так называемый глаз мотылька . У мотыльков в глазах есть структура упорядоченных цилиндров, которые не производят цвет, но вместо этого уменьшают отражательную способность. [41] Эта концепция привела к созданию антибликовых покрытий. [42]

Сочетание химической структуры и того, как она взаимодействует с видимым светом, создает цвет в природе организмов. [4] Создание конкретной биологической фотоники требует идентификации химических компонентов структуры, оптического отклика, создаваемого физикой, и функции структуры. [20] Сложные структуры, созданные природой, могут варьироваться от простых, квазиупорядоченных структур до иерархических сложных образований. [4]

2-D структуры

Простая структура массива (перья павлина)

Природа иногда манипулирует наноструктурой , например параметрами ее кристаллической решетки , чтобы создавать ее узоры и цвета. [20] [43] [44] [45] [46] Barbule (отдельные пряди пера, которые сохраняют свой цвет) павлина состоит из внешнего слоя кератина и внутреннего слоя, содержащего массив меланиновых стержней, соединенных кератином с отверстиями , разделяющими их. Когда меланиновые стержни параллельны решетчатому расположению структуры внешнего слоя кератина, он создает коричневый цвет. Остальные цвета пера создаются путем изменения расстояния между слоями меланина. [20] [47] [48] [49]

Множество типов структур, присутствующих в биофотонике

Апериодические фотонные структуры

Апериодические фотонные структуры не имеют элементарной ячейки и способны создавать запрещенные зоны без требования высокой разницы показателей преломления . Также известная как квазиупорядоченная кристаллическая структура создает синюю и зеленую окраску. [20]

3-D структуры

Геликоидальные многослойные

Это скрученные многослойные структуры, в которых волокна выровнены в одном направлении, а каждый слой слегка повернут. [50] [51] Такая структура позволяет природе отражать поляризованный свет и создает интенсивное значение за счет отражения Брэгга. [4] [20] [51]

Примеры применения

Антибактериальный структурный цветной гидрогель на основе биотехнологий

В качестве формы применения биофотоника используется для того, чтобы указать на антибактериальные и самовосстанавливающиеся свойства. Поскольку наличие наночастиц серебра предотвращает бактериальную адгезию (в гидрогеле уже есть бактерии), это вызывает деградацию гидрогеля и выцветание цвета. Это позволяет сконструированному гидрогелю демонстрировать цветом свою целостность после самовосстановления. [4] [52]

Фотонные наноархитектуры у бабочек и жуков

Наноархитектуры способствуют радужности бабочек и жуков. Многослойность обычна, как правило, в одномерной или трехмерной структуре, двухмерные структуры встречаются реже. [53] Беспорядок и нерегулярность в структуре «преднамеренны» и адаптированы к среде обитания. Структура была успешно воссоздана и может использоваться в качестве покрытия. [54] Она также используется в некоторых приложениях, где требуется стабильный, яркий цвет. Она достаточно гибкая, чтобы ее можно было спроектировать с рисунком. [55] 

Имитация светлячков для повышения эффективности светодиодов

При наблюдении за светлячками ( Photuris sp. ) с помощью СЭМ было обнаружено, что их светоизлучающая кутикула имеет специфическую 2D-периодическую структуру. Она структурирована по образцу «заводской крыши» с чешуйками, ориентированными под наклоном, и острым краем на выступающей стороне чешуек. [56] [57] При моделировании аналогичной структуры с использованием слоя фоторезиста на светодиодах (LED) это привело к увеличению мощности на 68% и повышению эффективности извлечения света (LEE) на 55%. Эта технология уменьшает количество энергии, потребляемой для получения того же количества света. [58]

Адаптивные материалы

Чувствительные материалы — это материалы или устройства, которые могут реагировать на внешние раздражители по мере их возникновения. Требуется немного времени, чтобы приспособиться к новой обстановке, но идея остается соответствующей тому, что наблюдается в природе. Наиболее часто используемые примеры — хамелеон или осьминог, поскольку их чувствительная кожа позволяет им менять цвет или даже текстуру своей кожи. [59] Механизмы, лежащие в основе этих тактик, называются хроматофорами , которые представляют собой заполненные пигментом мешочки, которые используют мышцы и нервы для изменения внешнего вида животного. Эти хроматофоры активируются нейронной активностью, поэтому животное может изменить свой цвет, просто подумав об этом. [60] Животное использует другой механизм, чтобы знать, какой цвет или форму принять; светочувствительная клетка внутри его кожи, называемая опсином, способна обнаруживать свет (и, возможно, цвет). Животное может использовать эти опсины в своих интересах, чтобы быстро оценить свое окружение, прежде чем включить свои хроматофоры, чтобы точно замаскироваться под свои обстоятельства.

У многих существ есть камуфляж, встроенный в их тела — возьмите, к примеру, рыбу на рисунке справа. В этой гипотетической ситуации животное может выглядеть двумя разными способами в зависимости от своего окружения: в середине океана, вдали от всех твердых объектов, оно может казаться почти полупрозрачным; вблизи морского дна, где потенциальные хищники почувствуют его только сверху, оно может стать темнее, чтобы естественным образом слиться с каменистым дном. Многие рыбы, такие как морская рыба-топорик, используют комбинацию методов маскировки, чтобы добиться такого внешнего вида. [61] Серебрение , распространенная тактика, использует высокоотражающие чешуйки, чтобы достаточно эффективно отражать окружающий свет, чтобы чешуйки казались невидимыми сбоку. Контриллировка , тактика, используемая больше глубоководными обитателями, использует светящийся орган, расположенный в нижней части тела, для излучения света, чтобы казаться ярче снизу. Под этим углом излучаемый свет имеет интенсивность, предназначенную для воспроизведения солнечного света, который появляется на поверхности воды. Таким образом, снизу это существо практически невидимо для многих хищников.

Внутри светящегося органа находится пластинчатая структура фотоцитов и нервных ветвей с относительно небольшими щелевыми контактами между ними. [62] Считается, что обширная взаимосвязанность и слоистая структура этих нейрофотоцитарных единиц — это то, что позволяет глубоководной рыбе быстро реагировать на ситуацию спонтанным свечением . Поскольку все нервы напрямую связаны со спинным мозгом (и, соответственно, с головным мозгом), исследователи полагают, что электронные сигналы могут заставлять эти фотоциты реагировать. [63] С таким ходом мыслей ученые работают над разработкой технологии, использующей этот тип нейрофотоцитарного блока.

Эти биологически вдохновленные материалы могут применяться во многих различных обстоятельствах. [64] Эта технология может использоваться для маскировки объектов, создания устройства, которое может формировать свою форму, сохраняя при этом желаемые свойства, или даже помогать людям в отношении биомедицинских приложений. Покрытие этой технологии может помочь включить инородное тело в живую экосистему, то есть человеческое тело. Технология этого устройства позволяет антителам человека определять новый объект как не представляющий угрозы, тем самым позволяя легче принять искусственные инструменты в тело, например, устройство для кардиостимуляции в груди.

Ссылки

  1. ^ Хеллиер Дж. Л. (2015). Мозг, нервная система и их заболевания. Bloomsbury Academic. ISBN 978-1-61069-337-0. OCLC  880809097.
  2. ^ Quimby RS (2006-04-14). Фотоника и лазеры: Введение. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-79158-4.
  3. ^ Попп Дж (2011). Справочник по биофотонике. Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-41047-7. OCLC  748773038.
  4. ^ abcde Greanya V (2015). Биовдохновленная фотоника: оптические структуры и системы, вдохновленные природой. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1-4665-0403-5. OCLC  963587905.
  5. ^ Ли Х, Ян Т, Ли Л, Лв С, Ли С (2021-09-01). «Камуфлированная пленка, имитирующая кожу хамелеона с изменяющими цвет микрофлюидными системами на основе идентификации цветовой информации фона». Журнал Bionic Engineering . 18 (5): 1137–1146. doi :10.1007/s42235-021-00091-y. ISSN  2543-2141. S2CID  244222072.
  6. ^ Hanlon RT, Chiao CC, Mäthger LM, Barbosa A, Buresch KC, Chubb C (февраль 2009 г.). «Динамический камуфляж головоногих: преодоление континуума между соответствием фону и разрушительной окраской». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 364 (1516): 429–437. doi :10.1098/rstb.2008.0270. PMC 2674088. PMID  19008200 . 
  7. ^ Polívka T, Frank HA (август 2010). «Молекулярные факторы, контролирующие фотосинтетическое улавливание света каротиноидами». Accounts of Chemical Research . 43 (8): 1125–1134. doi :10.1021/ar100030m. PMC 2923278. PMID  20446691 . 
  8. ^ Биолюминесценция в фокусе: сборник просветительских эссе. Керала, Индия: Research Signpost. 2009. ISBN 978-81-308-0357-9. OCLC  497860307.
  9. ^ Lee J, Meyer-Rochow VB (сентябрь 2008 г.). «Биолюминесценция: первые 3000 лет (обзор)». Журнал Сибирского федерального университета. Биология . 1 (3): 194–205. doi : 10.17516/1997-1389-0264 .
  10. ^ Риз А. (1805). Циклопедия, или Универсальный словарь искусств, наук и литературы. Коллекция химии Коула. Филадельфия: Издано Сэмюэлем Ф. Брэдфордом и Мюрреем, Фэрманом и Ко. OCLC  18853022.
  11. ^ Филопонус Дж, Купреева И, ред. (2012). О метеорологии Аристотеля 1.4-9, 12. Лондон: Bristol Classical Press. ISBN 978-1-4725-0174-5. OCLC  875239302.
  12. ^ аб Аристотель. Филопон Дж., Купреева И. (ред.). «Де Колорибус». penelope.uchicago.edu . Проверено 28 апреля 2022 г.
  13. ^ Лоусон I (март 2016 г.). «Создание микромира: как Роберт Гук сконструировал знание о маленьких вещах». Заметки и записи Лондонского королевского общества . 70 (1): 23–44. doi :10.1098/rsnr.2015.0057. PMC 4759719. PMID 27017680  . 
  14. ^ Хук Р., Мартин Дж., Аллестри Дж., Лессинг Дж. (1665). Микрография: или Некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные с помощью увеличительных стекол: с наблюдениями и исследованиями по ним. Лондон: Напечатано Джо. Мартином и Дж. Аллестри, печатниками Королевского общества, и должно продаваться в их магазине «У колокола» на церковном дворе Св. Павла — через коллекцию Розенвальда (Библиотека Конгресса).
  15. ^ «Истоки биофотоники».
  16. ^ Chen X, Zheng B, Liu H (2011). «Оптические и цифровые методы микроскопической визуализации и их применение в патологии». Аналитическая клеточная патология . 34 (1–2): 5–18. doi : 10.1155/2011/150563 . PMC 3310926. PMID  21483100 . 
  17. ^ Ромей Ф, Серджио А.Р., Эшли С. (2008). Леонардо да Винчи. Миннеаполис, Миннесота: Оливер Пресс. ISBN 978-1-934545-00-3. OCLC  213812382.
  18. ^ аб Тадепалли С., Слочик Дж.М., Гупта МК, Наик Р.Р., Сингаманени С. (октябрь 2017 г.). «Биооптика и биооптические материалы». Химические обзоры . 117 (20): 12705–12763. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00153. ПМИД  28937748.
  19. ^ Ertürk G, Berillo D, Hedström M, Mattiasson B (сентябрь 2014 г.). «Микроконтактный емкостный биосенсор с отпечатком BSA для чувствительного и селективного обнаружения BSA в реальном времени». Biotechnology Reports . 3 : 65–72. doi :10.1016/j.btre.2014.06.006. PMC 5466099 . PMID  28626651. 
  20. ^ abcdefgh Vaz R, Frasco MF, Sales MG (11.11.2020). «Фотоника в природе и биоинспирированные проекты: устойчивые подходы для красочного мира». Nanoscale Advances . 2 (11): 5106–5129. Bibcode : 2020NanoA...2.5106V. doi : 10.1039/D0NA00445F. ISSN  2516-0230. PMC 9416915. PMID 36132040.  S2CID 225225204  . 
  21. ^ Xiao M, Li Y, Allen MC, Deheyn DD, Yue X, Zhao J, et al. (Май 2015). «Био-вдохновленные структурные цвета, полученные путем самосборки синтетических меланиновых наночастиц». ACS Nano . 9 (5): 5454–5460. doi : 10.1021/acsnano.5b01298 . PMID  25938924.
  22. ^ делла Веккья НФ, Черрути П, Джентиле Г, Эррико МЭ, Амброджи В, Д'Эррико Г и др. (октябрь 2014 г.). «Искусственный биомеланин: высокопоглощающий наноразмерный эумеланин, полученный биомиметическим синтезом в белке куриного яйца». Биомакромолекулы . 15 (10): 3811–3816. doi :10.1021/bm501139h. PMID  25224565.
  23. ^ Sileika TS, Kim HD, Maniak P, Messersmith PB (декабрь 2011 г.). «Антибактериальные свойства модифицированных полидофамином полимерных поверхностей, содержащих пассивные и активные компоненты». ACS Applied Materials & Interfaces . 3 (12): 4602–4610. doi :10.1021/am200978h. PMID  22044029.
  24. ^ Lynge ME, van der Westen R, Postma A, Städler B (декабрь 2011 г.). «Полидопамин — полимерное покрытие, созданное природой, для биомедицинской науки». Nanoscale . 3 (12): 4916–4928. Bibcode : 2011Nanos...3.4916L. doi : 10.1039/c1nr10969c. PMID  22024699.
  25. ^ Леви-Лиор А., Покрой Б., Левави-Сиван Б., Лейзеровиц Л., Вайнер С., Аддади Л. (2008). «Биогенные кристаллы гуанина из кожи рыб могут быть разработаны для улучшения отражения света». Рост кристаллов и дизайн . 8 (2): 507–511. doi :10.1021/cg0704753. ISSN  1528-7483.
  26. ^ Teyssier J, Saenko SV, van der Marel D, Milinkovitch MC (март 2015). «Фотонные кристаллы вызывают активное изменение цвета у хамелеонов». Nature Communications . 6 (1): 6368. Bibcode :2015NatCo...6.6368T. doi :10.1038/ncomms7368. PMC 4366488 . PMID  25757068. 
  27. ^ Crookes WJ, Ding LL, Huang QL, Kimbell JR, Horwitz J, McFall-Ngai MJ (январь 2004 г.). «Рефлектины: необычные белки отражательных тканей кальмаров». Science . 303 (5655): 235–238. Bibcode :2004Sci...303..235C. doi :10.1126/science.1091288. PMID  14716016. S2CID  44490101.
  28. ^ Kramer RM, Crookes-Goodson WJ, Naik RR (июль 2007 г.). «Самоорганизующиеся свойства белка рефлектина кальмара». Nature Materials . 6 (7): 533–538. Bibcode :2007NatMa...6..533K. doi :10.1038/nmat1930. PMID  17546036.
  29. ^ Pal RK, Kurland NE, Wang C, Kundu SC, Yadavalli VK (апрель 2015 г.). «Биопатернирование протеинов шелка для мягкой микрооптики». ACS Applied Materials & Interfaces . 7 (16): 8809–8816. doi :10.1021/acsami.5b01380. PMID  25853731.
  30. ^ Фан Л., Уолкап В.Г., Ординарио Д.Д., Каршалев Е., Джоксон Дж.М., Берк А.М., Городецкий А.А. (октябрь 2013 г.). «Реконфигурируемые инфракрасные камуфляжные покрытия из белка головоногих моллюсков». Продвинутые материалы . 25 (39): 5621–5625. Бибкод : 2013AdM....25.5621P. дои : 10.1002/adma.201301472. PMID  23897625. S2CID  27851918.
  31. ^ Kreit E, Mäthger LM, Hanlon RT, Dennis PB, Naik RR, Forsythe E, Heikenfeld J (январь 2013 г.). «Биологическая и электронная адаптивная окраска: как одно может информировать другое?». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 10 (78): 20120601. doi : 10.1098/rsif.2012.0601 . PMC 3565787. PMID  23015522 . 
  32. ^ Parker ST, Domachuk P, Amsden J, Bressner J, Lewis JA, Kaplan DL , Omenetto FG (2009). «Биосовместимые шёлковые печатные оптические волноводы». Advanced Materials . 21 (23): 2411–2415. Bibcode : 2009AdM....21.2411P. doi : 10.1002/adma.200801580. ISSN  0935-9648. OSTI  1875081. S2CID  138648401.
  33. ^ Steckl AJ (2007). «ДНК – новый материал для фотоники?». Nature Photonics . 1 (1): 3–5. Bibcode : 2007NaPho...1....3S. doi : 10.1038/nphoton.2006.56. ISSN  1749-4885. S2CID  18005260.
  34. ^ Клемм Д., Хойблейн Б., Финк Х. П., Бон А. (май 2005 г.). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и устойчивое сырье». Angewandte Chemie . 44 (22): 3358–3393. doi :10.1002/anie.200460587. PMID  15861454.
  35. ^ Li Y, Fu Q, Yang X, Berglund L (февраль 2018 г.). «Прозрачная древесина для функциональных и структурных применений». Philosophical Transactions. Серия A, Математические, физические и инженерные науки . 376 (2112): 20170182. doi :10.1098/rsta.2017.0182. PMC 5746562. PMID  29277747 . 
  36. ^ Ноги М., Ивамото С., Накагайто А.Н., Яно Х. (2009). «Оптически прозрачная бумага из нановолокна». Продвинутые материалы . 21 (16): 1595–1598. Бибкод : 2009AdM....21.1595N. дои : 10.1002/adma.200803174. ISSN  0935-9648. S2CID  135759478.
  37. ^ Fernandes SN, Lopes LF, Godinho MH (апрель 2019 г.). «Последние достижения в области манипулирования циркулярно поляризованным светом с помощью пленок нанокристаллов целлюлозы». Current Opinion in Solid State and Materials Science . 23 (2): 63–73. Bibcode : 2019COSSM..23...63F. doi : 10.1016/j.cossms.2018.11.004. hdl : 10362/97708 . ISSN  1359-0286. S2CID  139124385.
  38. ^ Киносита С., Ёсиока С., Миядзаки Дж. (2008). «Физика структурных цветов». Reports on Progress in Physics . 71 (7): 076401. Bibcode : 2008RPPh...71g6401K. doi : 10.1088/0034-4885/71/7/076401. ISSN  0034-4885. S2CID  53068819.
  39. ^ Zi J, Yu X, Li Y, Hu X, Xu C, Wang X и др. (октябрь 2003 г.). «Стратегии окраски перьев павлина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (22): 12576–12578. Bibcode : 2003PNAS..10012576Z. doi : 10.1073/pnas.2133313100 . PMC 240659. PMID  14557541 . 
  40. ^ Смит GS (2009). «Структурный цвет бабочек Морфо». Американский журнал физики . 77 (11): 1010–1019. Bibcode : 2009AmJPh..77.1010S. doi : 10.1119/1.3192768. ISSN  0002-9505.
  41. ^ Clapham PB, Hutley MC (1973). «Уменьшение отражения линзы по принципу «глаза мотылька». Nature . 244 (5414): 281–282. Bibcode :1973Natur.244..281C. doi :10.1038/244281a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4219431.
  42. ^ Chattopadhyay S, Huang YF, Jen YJ, Ganguly A, Chen KH, Chen LC (2010). «Антиотражающие и фотонные наноструктуры». Materials Science and Engineering: R: Reports . 69 (1–3): 1–35. doi :10.1016/j.mser.2010.04.001. ISSN  0927-796X.
  43. ^ Сингх С. (апрель 1999 г.). «Дифракционные решетки: аберрации и применение». Оптика и лазерная технология . 31 (3): 195–218. Bibcode : 1999OptLT..31..195S. doi : 10.1016/s0030-3992(99)00019-5. ISSN  0030-3992.
  44. ^ Barbé J, Thomson AF, Wang EC, McIntosh K, Catchpole K (2011-07-21). "Наноимпринтированные золь-гель пассивирующие дифракционные решетки Tio 2 для применения в солнечных батареях". Progress in Photovoltaics: Research and Applications . 20 (2): 143–148. doi :10.1002/pip.1131. ISSN  1062-7995. S2CID  45160958.
  45. ^ Zeitner UD, Fuchs F, Kley EB (2012-09-13). "Высокопроизводительные диэлектрические дифракционные решетки для космических приложений". В Navarro R, Cunningham CR, Prieto E (ред.). Современные технологии в космических и наземных телескопах и приборостроении II . Т. 8450. SPIE. стр. 84502Z. Bibcode : 2012SPIE.8450E..2ZZ. doi : 10.1117/12.928286. S2CID  122619039. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  46. ^ Cornelissen HJ, de Boer DK, Tukker T (2013-09-30). "Дифракционные решетки для освещения". В Jiao J (ред.). Системы освещения на основе светодиодов . Т. 8835. SPIE. стр. 88350I. Bibcode : 2013SPIE.8835E..0IC. doi : 10.1117/12.2024026. S2CID  122802565. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  47. ^ De la Torre-Ibarra MH, Santoyo FM (май 2013 г.). «Интерферометрическое исследование перьев птиц». Журнал биомедицинской оптики . 18 (5): 56011. Bibcode : 2013JBO....18e6011D. doi : 10.1117/1.jbo.18.5.056011 . PMID  23698284.
  48. ^ Loyau A, Gomez D, Moureau B, Théry M, Hart NS, Jalme MS и др. (2007-09-20). «Радужная структурно-основанная окраска глазных пятен коррелирует с успешностью спаривания у павлина». Behavioral Ecology . 18 (6): 1123–1131. doi : 10.1093/beheco/arm088 . ISSN  1465-7279.
  49. ^ Li Y, Lu Z, Yin H, Yu X, Liu X, Zi J (июль 2005 г.). "Структурное происхождение коричневого цвета бородок на хвостовых перьях самцов павлина". Physical Review E. 72 ( 1 Pt 1): 010902. Bibcode : 2005PhRvE..72a0902L. doi : 10.1103/physreve.72.010902. PMID  16089929.
  50. ^ Ю К, Фань Т, Лу С, Чжан Д (июль 2013 г.). «Биомиметические оптические материалы: интеграция природного дизайна для манипулирования светом». Прогресс в материаловедении . 58 (6): 825–873. doi :10.1016/j.pmatsci.2013.03.003. ISSN  0079-6425.
  51. ^ ab Vignolini S, Rudall PJ, Rowland AV, Reed A, Moyroud E, Faden RB и др. (сентябрь 2012 г.). «Структурный цвет пуантилизма в плодах поллии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (39): 15712–15715. Bibcode : 2012PNAS..10915712V. doi : 10.1073/pnas.1210105109 . PMC 3465391. PMID  23019355 . 
  52. ^ Chen Z, Mo M, Fu F, Shang L, Wang H, Liu C, Zhao Y (ноябрь 2017 г.). «Антибактериальные структурные цветные гидрогели». ACS Applied Materials & Interfaces . 9 (44): 38901–38907. doi :10.1021/acsami.7b11258. PMID  29027783.
  53. ^ Макдугал А., Миллер Б., Сингх М., Колле М. (2019-06-11). «Биологический рост и синтетическое изготовление структурно окрашенных материалов». Журнал оптики . 21 (7): 073001. Bibcode : 2019JOpt...21g3001M. doi : 10.1088/2040-8986/aaff39. hdl : 1721.1/126616 . ISSN  2040-8978. S2CID  126635261.
  54. ^ Biró LP, Vigneron JP (2010-12-27). «Фотонные наноархитектуры у бабочек и жуков: ценные источники для биовдохновения». Laser & Photonics Reviews . 5 (1): 27–51. doi :10.1002/lpor.200900018. ISSN  1863-8880. S2CID  53350911.
  55. ^ Xuan Z, Li J, Liu Q, Yi F, Wang S, Lu W (февраль 2021 г.). «Искусственные структурные цвета и их применение». Innovation . 2 (1): 100081. Bibcode :2021Innov...200081X. doi :10.1016/j.xinn.2021.100081. PMC 8454771 . PMID  34557736. 
  56. ^ Bay A, Vigneron JP (август 2009 г.). Martin-Palma RJ, Lakhtakia A (ред.). «Извлечение света из биолюминесцентных органов светлячков». Biomimetics and Bioinspiration . 7401. Сан-Диего, Калифорния: Международное общество оптики и фотоники.: 740108. Bibcode : 2009SPIE.7401E..08B. doi : 10.1117/12.825473. S2CID  122030956.
  57. ^ Bay A, Sarrazin M, Vigneron JP (октябрь 2012 г.). «Извлечение света: чему мы можем научиться у светлячков». В Liang R (ред.). Природа света: свет в природе IV . Т. 8480. Сан-Диего, Калифорния, США: Международное общество оптики и фотоники. стр. 84800G. doi :10.1117/12.928696. S2CID  119844791.
  58. ^ Bay A, André N, Sarrazin M, Belarouci A, Aimez V, Francis LA, Vigneron JP (январь 2013 г.). «Оптимальный верхний слой, вдохновленный светлячком Photuris, улучшает эффективность извлечения света существующими светодиодами». Optics Express . 21 (S1): A179–A189. arXiv : 1209.4767 . Bibcode : 2013OExpr..21A.179B. doi : 10.1364/OE.21.00A179. PMID  23389270. S2CID  207325249.
  59. ^ Nakajima R, Lajbner Z, Kuba MJ, Gutnick T, Iglesias TL, Asada K и др. (март 2022 г.). «Кальмары подстраивают цвет своего тела под субстрат». Scientific Reports . 12 (1): 5227. Bibcode :2022NatSR..12.5227N. doi :10.1038/s41598-022-09209-6. PMC 8960755 . PMID  35347207. 
  60. ↑ Courage, Katherine Harmon (21 августа 2014 г.). «Вдохновленный осьминогом камуфляж оживал в умном материале». Scientific American Blog Network . Получено 29.04.2022 .
  61. ^ Лю Цюй, Фок МП (январь 2021 г.). «Био-вдохновленная фотоника — стратегии камуфляжа морской рыбы-топорика для радиочастотной стеганографии». Optics Express . 29 (2): 2587–2596. Bibcode : 2021OExpr..29.2587L. doi : 10.1364/OE.414091 . PMID  33726451. S2CID  232262198.
  62. ^ Anctil M, Case JF (май 1977). «Хвостовые светящиеся органы рыб-фонарей: общая иннервация и ультраструктура». The American Journal of Anatomy . 149 (1): 1–22. doi :10.1002/aja.1001490102. PMID  857636.
  63. ^ Кавалларо М., Маммола КЛ., Вердильоне Р. (июнь 2004 г.). «Структурное и ультраструктурное сравнение фотофоров двух видов глубоководных рыб: Argyropelecus hemigymnus и Maurolicus muelleri: сравнение фотофоров у двух видов рыб». Журнал биологии рыб . 64 (6): 1552–1567. doi :10.1111/j.0022-1112.2004.00410.x.
  64. ^ Chen X, Guo Q, Chen W, Xie W, Wang Y, Wang M и др. (февраль 2021 г.). «Биомиметическое проектирование фотонных материалов для биомедицинских применений». Acta Biomaterialia . 121 : 143–179. doi :10.1016/j.actbio.2020.12.008. PMID  33301982. S2CID  228099758.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Био-вдохновленная_фотоника&oldid=1251426589"